Wie rutschig ist eine Bananenschale? Um Ihnen die Antwort zu geben: Er ist 60 Mal auf die Bananenschale getreten

Sind Sie schon einmal auf einer Bananenschale ausgerutscht? Nicht nur Bananenschalen, sondern auch Wassermelonenschalen, Apfelschalen, „Zwiebelrotz“, „Kohlkolben“ und andere Küchenabfälle können leicht zum Ausrutschen führen. In Filmen kommt es häufig vor, dass Menschen auf Bananenschalen ausrutschen.

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Warum führen diese Küchenabfälle zum Ausrutschen? Was führt eher zu einem Ausrutscher: eine Bananenschale, eine Apfelschale oder eine Orangenschale? Welche Inspiration können diese Phänomene der Menschheit bringen?

Gefährlicher „Frühlingszwiebelrotz“, Quelle: Japanisches Twitter

Der „gelangweilte“ alte Mann, der mit einer Bananenschale den „Nobelpreis“ gewann

Wie rutschig sind Bananenschalen?

Es gibt tatsächlich Wissenschaftler, die hierzu ernsthafte experimentelle Untersuchungen durchgeführt haben. Der japanische Wissenschaftler Professor Ma Liuqingzi von der Fakultät für Gesundheits- und Medizinwissenschaften der Kitasato-Universität erhielt 2014 den Ig-Nobelpreis für Physik für die Messung des Reibungskoeffizienten von Bananenschalen und die Aufdeckung ihres Schmierprinzips.

Professor Ma Liu beschäftigt sich aktuell mit der Erforschung des Schmiermechanismus von Gelenkknorpel und künstlichen Gelenken. Wenn er mit anderen über seine Forschungsergebnisse sprach, sagte er oft: „Dieses Ding (Gelenk) ist so rutschig, als würde man auf eine Bananenschale treten, wenn es sich dreht.“ Eines Tages wurde ihm plötzlich etwas klar: Wie rutschig ist eine Bananenschale? Ist mein Beispiel richtig?

Neugier und Wissensdurst veranlassten ihn dazu, in der Literatur nach Daten zur Reibungskraft zu suchen, die beim Treten auf Bananenschalen entsteht. Da sich jedoch noch niemand ernsthaft mit der Frage beschäftigt hatte, wie rutschig Bananenschalen sind, beschloss er, selbst Nachforschungen anzustellen.

Zunächst wollte Professor Ma Liu die schiefe Ebene nutzen, um den Reibungskoeffizienten der Bananenschale direkt zu messen. Er legte die Banane auf eine schiefe Ebene und vergrößerte den Winkel der schiefen Ebene immer weiter. Schließlich stellte sich heraus, dass die Banane auf der schiefen Ebene nur dann gleiten kann, wenn der Neigungswinkel 45 Grad überschreitet. Nach der Umrechnung kann festgestellt werden, dass der statische Reibungskoeffizient der Banane ungefähr 1,2 beträgt. Dieser Wert übersteigt den Reibungskoeffizienten zwischen Sohle und ebenem Untergrund von 0,4 bei weitem (je kleiner der Reibungskoeffizient, desto rutschiger ist er). Können Bananenschalen ein Ausrutschen verhindern? Diese Schlussfolgerung widerspricht offensichtlich dem gesunden Menschenverstand. Eine statische Bananenschale kann ihre wahre Glätte nicht vollständig wiedergeben.

Zwei Methoden zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten einer Bananenschale mit und ohne Belastung, Quelle: Referenz 1

Daher beschloss Professor Ma Liu, im Labor spezielle Geräte zur Messung des Schmiergrads künstlicher Gelenke einzusetzen und die Situation einer Person zu simulieren, die auf eine Bananenschale tritt, um den Reibungskoeffizienten der Bananenschale zu messen.

Nach der Messung von 60 Datensätzen stellte Professor Ma Liu fest, dass der Reibungskoeffizient einer Bananenschale unter simulierten Bedingungen nur 0,066 betrug, was viel niedriger ist als die Reibung zwischen der Fußsohle und dem flachen Boden unter normalen Umständen und sogar kleiner als die Reibung unter den Füßen beim Skifahren oder Schlittschuhlaufen. Bananenschalen sind tatsächlich sehr rutschig.

Zusätzlich zu Bananenschalen testete Professor Ma Liu auch die Reibungskoeffizienten verschiedener Biomassen, darunter Apfelschalen und Orangenschalen, deren Reibungskoeffizienten bei etwa 0,1 bzw. 0,2 liegen.

Aus sicherheitstechnischer Sicht liegt die Wahrscheinlichkeit, auf einer Oberfläche mit einem Reibungskoeffizienten von weniger als 0,1 auszurutschen, bei 90 %. Mit anderen Worten: Die Wahrscheinlichkeit, auszurutschen, wenn man auf eine Bananenschale oder sogar eine Apfelschale tritt, liegt bei über 90 %.

Reibungskoeffizienten verschiedener Biomasseoberflächen, Quelle: Referenz 1

Warum sind Bananenschalen so rutschig?

Dies muss bereits bei der Struktur der Bananenschale beginnen. Mithilfe eines Elektronenmikroskops stellte Professor Ma Liu fest, dass sich auf der Innenseite der Bananenschale viele blasenartige Zellen befanden, die mit einer großen Menge an biologischem Polysaccharidschleim gefüllt waren. Beim Drücken platzen die kleinen Bläschen mit Schleim und geben den Schleim frei. Die schmierende Wirkung dieses Schleims ist der Übeltäter, der dafür sorgt, dass Sie und ich uns Hals über Kopf verlieben.

Vergleich von Mikrobläschen in Bananenschalen vor und nach dem Platzen, Quelle: Referenz 1

Eine auf Schleim beruhende Biomasseschmierung kommt sehr häufig vor. Die Zusammensetzung von Biomasseschleim ist relativ komplex, aber im Allgemeinen besteht Fruchtschleim hauptsächlich aus großen Molekülen wie in Zellflüssigkeit gelösten Polysacchariden. Die längeren Kohlenstoffketten der Polysaccharide ermöglichen es ihnen, auf mikroskopischer Ebene komplexe dreidimensionale Polymernetzwerke zu bilden und so eine höhere Viskosität zu erreichen.

Vielleicht stellen Sie sich folgende Frage: Flüssigkeiten mit hoher Viskosität fließen nicht gut. Ist das nicht ein Hinweis darauf, dass es in ihrem Inneren größere Reibungen gibt? Warum hat Schleim auch eine schmierende Wirkung?

Dies liegt daran, dass bei der allgemeinen Festkörperkontaktreibung nicht die gesamte Fläche in Kontakt ist, sondern nur zwischen den hervorstehenden Teilen der Oberfläche Reibung auftritt. Wenn zu diesem Zeitpunkt Flüssigkeit zwischen die festen Oberflächen eingebracht wird, um einen Flüssigkeitsfilm zu bilden, kann der direkte feste Kontakt minimiert werden.

Der Grund, warum Schleim eine bessere Schmierwirkung als gewöhnliche klare Flüssigkeit hat, liegt darin, dass Schleim aufgrund seiner höheren Viskosität und inneren Reibung unter Druck schwerer von der Kontaktfläche gelöst werden kann und somit eine größere Schmierfilmdicke und ein größeres Schmierflächenverhältnis aufweist.

Sobald diese Biomassen jedoch vollständig dehydriert sind, verschwindet ihre Schmierwirkung.

Sie wissen es vielleicht nicht, aber Ihre Gelenke sind rutschiger als Bananenschalen

Biomasse-Schmiermittel wie Bananenschalen und Apfelschalen bereiten uns im Leben nur kleinere Probleme, in manchen Fällen können Biomasse-Schmiermittel jedoch erhebliche Verluste verursachen.

In einigen Bergregionen Zentraljapans kommt es alle acht Jahre zu einem großen Tausendfüßlerausbruch. Da der Lebenszyklus dieses Tausendfüßlers 8 Jahre beträgt, ist das 8. Jahr genau die Zeit, in der er sich zur Paarung aus dem Boden bohrt. Tausendfüßlerplagen sind äußerst spektakulär, da auf einem Quadratmeter Hunderte von Tausendfüßlern vorkommen. Die größten Probleme, die Tausendfüßler in der Region verursachen, entstehen, wenn sie in großer Zahl auf Gleisen auftreten.

Tausendfüßler. Aus Platzangstgründen werde ich keine Bilder von Tausendfüßlern veröffentlichen, die dicht beieinander stehen. Quelle: Veer Gallery

Die Umgebung ist bergig und die Bahnstrecken weisen eine gewisse Neigung auf. Sobald sich eine große Zahl Tausendfüßler angesammelt hat, gerät der Zug aufgrund des Schleims, der beim Zerquetschen der Tausendfüßler entsteht, ins Rutschen. Im Ernstfall stehen die Räder des Zuges bei Bergauffahrten komplett im Leerlauf.

Während der zweimonatigen Brutzeit der Tausendfüßler musste der Nahverkehrszug seinen Betrieb einstellen. Dieser Tausendfüßler hat sich daher den gebräuchlichen Namen „Zugtausendfüßler“ verdient.

Andererseits ist unsere Fähigkeit, flexibel zu gehen, untrennbar mit der biologischen Schmierung verbunden. Das magischste Schmiermittel im menschlichen Körper ist die Synovialflüssigkeit. Die Synovialflüssigkeit füllt den gesamten Gelenkraum und sorgt für die Schmierung der Gelenkbewegungen. Menschliche Gelenke müssen oft über Jahrzehnte hinweg einem Druck von mehreren hundert Newton standhalten. Dass sie über lange Zeit ihre gute Funktionsfähigkeit bewahren können, liegt an der Synovialflüssigkeit. Durch die Schmierung durch die Synovialflüssigkeit (und natürlich die einzigartige Struktur der gesamten Gelenkhöhle) beträgt der Reibungskoeffizient des Gelenks nur etwa ein Zehntel des Reibungskoeffizienten einer Bananenschale und ist damit um ein Vielfaches niedriger als der Reibungskoeffizient beim Schlittschuhlaufen und Skifahren.

Gelenkflüssigkeit enthält große Mengen Hyaluronsäure, ebenfalls ein biologisches Makromolekül mit schmierenden Eigenschaften. Neben Polysacchariden und Hyaluronsäure gibt es in Organismen zahlreiche weitere wässrige Lösungen biologischer Makromoleküle wie Proteine ​​und Nukleinsäuren, die ebenfalls Schleim mit Schmierwirkung bilden können. In diesem Sinne sind alle biologischen Organismen unter bestimmten Bedingungen „rutschig“.

Die Untersuchung von Schmierphänomenen im Zusammenhang mit Biomasse steht in engem Zusammenhang mit der menschlichen Materialproduktion und der körperlichen Gesundheit. So unglaubwürdig das Forschungsobjekt auch erscheinen mag, die Motivation dahinter ist ernst.

Quellen:

Die Haut der Person ist glitschig. Ist das Gelenk rutschig? Nanas Haut? Die Welt der Erweiterung – Biowissenschaften? Wie ist die Oberflächenmikrostruktur? Ross? Bist du verwandt? „Reibung“, „Wasser und Schmierung“, „biologisches Gleiten“ und „kinetische Erklärung“? Lochi